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Nº 6 (2013)
Vida Científica
ISSN: 1989-7189
NOVEDADES CIENTÍFICAS EN 2013
pequeño conocido hasta el momento, se trata del Kepler37b y tiene un diámetro ligeramente superior al de la
luna que orbita nuestro planeta. Dos meses más tarde
fueron descubier-tos los planetas Kepler-62e y Kepler62f, estos dos planetas tienen un tamaño semejante al de
la Tierra, están cubiertos de agua, y orbitan alrededor de
la estrella Gliese 667C. En junio los astrónomos descubren, por medio de telescopios terrestres, que los tres
planetas que orbitan alrededor de la estrella Gliese 667C
están en zona habitable (el mayor número de planetas
habitables descubierto hasta el momento dentro de un
mismo sistema estelar) y tienen una órbita segura. La
mala noticia viene dada en junio de 2013 por el telescopio espacial Kepler. Este telescopio revolucionó el campo
de búsqueda de planetas extrasolares tipo Tierra, tras
sólo cuatro años de funcionamiento, sufrió un fallo terminal en el sistema de dirección. Dicho fallo fue debido a la
EN FÍSICA
Hacemos una revisión de las noticias más destacadas en
Física durante el año 2013. Para esta selección se ha tenido en cuenta diversos factores como: el factor de sorpresa, la popularidad de la misma e indicios de un gran avance tecnológico a partir de ese trabajo. Como noticias
relevantes en Física durante 2013 se destacan las siguientes:
EXOTIERRAS
El pasado año fue un año lleno de éxitos en la búsqueda
de otra tierra habitable. En febrero de 2013 los astrónomos anunciaron el descubrimiento del exoplaneta más
Figura 1: Comparación del Sistema Solar con el Sistema Kepler-62, realizada por la NASA.
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excesiva fricción en una de las ruedas de reacción que
orientan el telescopio; esta rueda inoperativa se añade a
la otra que falló hacía ya dos años, de este modo sólo
quedaban operativas dos de las cuatro ruedas que posee.
Serían necesarias tres de las cuatro ruedas que posee
para apuntar el telescopio con una alta precisión. En los
telescopios espaciales son muy comunes averías de esta
índole; por ejemplo, en el telescopio Hubble, ya se han
cambiado todas sus ruedas de reacción
una edad algo superior a la considerada (13.820 millones
de años respecto a los 13.700 millones).
Una colaboración del telescopio Planck con el telescopio del Polo Sur (SPT) proporciona la noticia más destacada. Resultado de esta colaboración se concluye que el
universo está compuesto de más materia oscura o antimateria que la previamente prevista por los astrónomos.
Recordar que el término de “materia oscura” fue usado
por primera vez en 1933 por el astrofísico suizo FRITZ
ZWICKY, que había descubierto que no había suficiente
masa en las estrellas o galaxias observadas para que la
gravedad pudiera contenerlas juntas.
TELESCOPIO ESPACIAL PLANCK
El telescopio espacial Planck de la Agencia Espacial Europea (ESA) se apagó en octubre del pasado año. El satélite
puesto en órbita en el año 2009 fue diseñado para analizar la Radiación del Fondo Cósmico o Radiación Cósmica
de Microondas (CMB), per-mitiendo estudiar los restos de
radiación del Big Bang y la evolución de las estrellas y de
las galaxias a lo largo de la historia del Universo. Esta señal CMB proporciona un mapa de la distribución de masa
en el Universo primitivo, puede detectar fluctuaciones
mínimas de temperatura que se corresponderán con regiones que originalmente presen-taban densidades ligeramente diferentes, y que constituyen el origen del universo que podemos ver hoy en día.
VOYAGER
La sonda espacial Voyager 1, lanzada por la NASA, dejó
los límites del sistema solar en septiembre de 2013, se
trata así del primer objeto construido por el hombre que
entra en el espacio interestelar. La nave fue lanzada en
1977, ha visitado Júpiter y Saturno (su misión original)
antes de poner rumbo a las estrellas. La Voyager 1 se trata
de una sonda interestelar que tiene una trayectoria hiperbólica y ha alcanzado velocidad de escape, con lo que no
regresará al Sistema Solar interior. Como la sonda viaja a
mucha distancia del Sol, la energía necesaria para su funcionamiento no se puede obtener de los paneles solares
empleados en las sondas interplanetarias, sino que en
este caso se obtiene gracias a tres generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) que convierten el
calor de la desintegración radioactiva del plutonio en
electricidad. El tiempo de vida calculado para la sonda ya
se ha sobrepasado y se espera que esta energía alimente
a los principales sistemas de la sonda hasta el 2025.
BOSÓN DE HIGGS
Noticias sobre el bosón de Higgs continúan en titulares
un año después de su descubri-miento. En marzo de 2013
el CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) hizo un comunicado con el doble de datos que el
hecho en julio de 2012. Con estos nuevos resultados los
investigadores están aún más convencidos de que la partícula descubierta se trata del bosón de Higgs. La importancia de encontrar el bosón de Higgs es demostrar la
teoría que el físico británico PETER HIGGS propuso en
1964 sobre la existencia de un campo, invisible pero presente en todo el universo desde el Big Bang, que es el
responsable de darle masa a las cosas. Esta teoría del Modelo Estándar de Física atribuye a la existencia del bosón
Figura 2: Imágenes de la radiación del fondo cósmico de la
Agencia Espacial Europea.
En marzo de 2013 la ESA publicó los resultados finales
obtenidos por el telescopio durante su funcionamiento y
se trabaja en la interpretación del mapa de radiación cósmica obtenido.
Con estos resultados se ha estimado un nuevo valor
para el ritmo de expansión del Universo, este ritmo es significativamente menor que el usado hasta el momento
en astronomía, todo ello implica que el universo tiene
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de Higgs el motivo de que las partículas tengan una cierta masa. En octubre de 2013, los físicos Peter Higgs (1929,
británico) y FRANÇOIS ENGLERT (1932, belga) ganan
conjuntamente el Premio Nobel por sus contribuciones
fundamentales a la teoría subyacente.
racting massive particles ). “Cryogenic Dark Matter Search
experiment” (CDMS) son una serie de experimentos que
se han diseñado para detectar partículas de materia oscura en forma de WIMPs. Parece que durante el año 2013
resultados contradictorios dominaron la búsqueda de
materia oscura. En abril se hicieron públicos los resultados obtenidos del CDMS realizado en la mina de Soudan
(Minnesota), que anuncian la detección directa de tres
señales que podrían tratarse de materia oscura. En caso
de ser así se trataría de materia oscura relativamente ligera. Sin embargo, en octubre, investigadores del experimento LUX (Large Underground Xenon) en Dakota del
Sur publicaron sus resultados nulos tras su puesta en funcionamiento. El LUX cuanta con mucha mejor sensibilidad y debería ser capaz de detectar las señales capturadas en el CDMS. Los resultados del LUX ponen en una
posición muy difícil a la hipótesis de que la misteriosa
materia oscura se componga de partículas de tipo WIMP
ligeras. Tanto los investigadores en Minnesota y en Dakota del Sur están trabajando en mejorar las sensibilidades
y llegar a obtener señales inequívocas de materia negra.
NUEVO ELEMENTO
En agosto del 2013 se ha unido otro elemento a la tabla
periódica, el unumpentio (nombre temporal), elemento
sintético con número atómico 115 y símbolo Uup. Se trata de un elemento radioactivo con una vida media de
milésimas de segundo, y se ha obtenido al bombardear
una película de americio con iones de calcio. Dicho elemento ha sido sintetizado en Alemania en el GSI (“Gesellschaft für Schwerionenforschung”- Compañía para la
investigación de iones pesados), donde han confirmado
las primeras mediciones divulgadas en 2003 por un grupo de investigadores de Rusia. Este año se confirma la
existencia de este nuevo elemento debido a que la Unión
Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) no reconoce ningún descubrimiento hasta que un grupo externo lo confirme, por ello se añade dicho elemento a la
tabla periódica en 2013.
Además de estos experimentos realizados en la tierra, en
abril, el espectrómetro magnético alfa que va a bordo de
la estación espacial internacional confirmó la observación de un exceso de positrones en el flujo de rayos cósmicos. Esto podría deberse a la aniquilación de partículas
de materia oscura en el espacio, pero se precisan datos a
energías más elevadas para descartar otras explicaciones.
MATERIA OSCURA
Una de las propuestas que existen en la actualidad sobre
la materia oscura es que podría estar constituida por partículas débilmente interactuantes (WIMPs - weakly inte-
Figura 3: Tabla periódica conteniendo el nuevo elemento confirmado: el unumpentio (Uup)
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DETENCION TEMPORAL DE LUZ
LÁSERES DE SONIDO
Un equipo de la Universidad de Darmstadt (Alemania) ha
desarrollado un algoritmo para el fenómeno de transparencia electromagnética inducida. Gracias al uso de rayos
láser y la superposición cuántica se puede hacer que un
medio opaco se vuelva temporalmente transparente y,
por lo tanto, sea capaz de almacenar luz.
Los fundamentos teóricos del láser fueron formulados
con la teoría cuántica de la radiación, describiendo la absorción, le emisión espontánea y la emisión estimulada
de la radiación electromagnética. Recientemente la idea
del láser ha sido extendida a las ondas de sonido, donde
en este caso se tendría la emisión de fonones (vibraciónes de la red cristalina) en lugar de la emisión de fotones.
En marzo del 2013, un equipo de investigación del laboratorio NTT de Japón demostró el primer símil completamente acústico de un láser de luz. En este caso el láser
esta excitado por vibraciones acústicas, por medio de la
emisión estimulada de fonones las ondas de sonido son
amplificadas actuando como un láser de fonones, este
caso tenemos una fuente pura de fonones con una frecuencia aproximada de 1.7MHz
Para realizar el experimento se precisaron de dos haces de luz láser. El primer láser de control se hace incidir
sobre un cristal opaco, tras ello los átomos del cristal entran en un estado de superposición cuántica haciendo
que se vuelva transparente a determinadas frecuencias.
Posteriormente, ajustando a esas frecuencias, se dispara
un segundo láser (que lleva un mensaje) incidiendo sobre el interior del cristal. En ese momento se apaga el
primer laser de control quedando el segundo laser (mensaje) encerrado dentro del cristal, por superposición
cuántica y equilibrando los campos magnéti-cos se ha
logrado retener el segundo haz de luz durante un minuto.
Cuando se hicieron públicos los resultados de este
trabajo el equipo no había podido obtener un dispositivo de guía de fonones, equivalente a la fibra óptica, que
pudiera acoplarse al láser de fonones. Actualmente el
equipo ha demostrado esta analogía y puede emplearse
en la transferencia de fonones.
El tiempo alcanzado por el equipo alemán ha sido de
un minuto, éste es el límite teórico alcanzable para el cristal empleado; el tiempo de almacenamiento de la luz
puede ser incrementado cambiando el cristal empleado,
esto se espera que suceda para cristales dopados de europio que teóricamente permitirían retener la luz durante
varias horas. La posibilidad de parar la luz es una pieza
importante para el desarrollo del internet cuántico (que
permitiría una transmisión ultrarrápida y 100% segura) al
poder emplear este haz de luz como almacenaje de información.
La aplicación futura de láseres de fonones podría ser
en ultrasonidos o escáneres médicos de alta precisión,
para escanear tanto objetos como personas. Las ondas de
sonido muy estrechas podrían emplearse para mediciones de elevada precisión.
ORDENADOR CUÁNTICO
Una serie de avances destacables se han desarrollado durante 2013 en la computación cuántica. La idea de computación cuántica surge en 1981 cuando PAUL BENIOFF
Figura 4: Esquema del sistema de bombeo para la emisión láser de ondas sonoras.
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ESPIANDO EL HIDRÓGENO
expuso su teoría de aprovechar las leyes cuánticas en
computación. En computación cuántica intervienen las
leyes de la mecánica cuántica, por ello la partícula puede
estar en superposición coherente y puede ser 0, 1 y 0 y 1
a la vez (comparando con la computación digital en la
que un bit puede tomar valores 0 ó 1), de este modo se
podrían realizar simultáneamente varias operaciones.
En la mayoría de los libros de mecánica cuántica y química se puede encontrar un boceto del hidrógeno esférico
con sus orbitales electrónicos en forma de trébol. Pero,
aunque parezca sorprendente, aún no se había observado experimentalmente la existencia de estas nubes de
electrones. Durante 2013, investigadores del Instituto de
Una de las noticias proviene de la empresa canadiense D-Wave Systems (empresa dedicada a la computación
cuántica) informando de que había resuelto con éxito el
complicado problema que tenía en su ordenador cuántico. Los investigadores dudan de que realmente el ordenador de D-Wave, formado por aproximadamente 100
superconductores, sea un ordenador cuántico y se trate
sólo de un ordenador convencional avanzado. Un ordenador clásico que emplearía cubits superconductores
como bits probabilísticos, por ello su implementación del
recorrido cuántico no sería más eficiente que una implementación en un ordenador clásico.
Física Atómica y Molecular (FOM) de Holanda y colaboradores, han desarrollado un “microscopio cuántico” que
ioniza los átomos de hidrógeno con luz. Posteriormente,
empleando una lente electroestática se crea un patrón de
interferencia de los electrones que escapan. Con esta
imagen de interferencia los investigadores reconstruyen
los orbitales electrónicos originales.
BIBLIOGRAFÍA
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• D.S. Akerib et al., Phys. Rev. Lett. 112, 091303 (2014).
Durante 2013 se han reducido algunos obstáculos
respecto a protocolos de información y comunicación
cuántica. Dos equipos de investigación independientes
han demostrado un nuevo método de cifrado que proporcionaría la máxima eficacia contra hackers. Nuevas
noticias muestran como el entrelazamiento cuántico, ingrediente esencial que proporciona a la tecnología cuántica ventajas sobre la clásica, puede ser protegido del
ruido y la disipación. Un equipo del Instituto Tecnológico
de Massachusetts (MIT), ha mostrado un canal de comunicación cuántica seguro, que puede aprove-char los beneficios del enredo tras una ruptura inducida por el ruido.
Además, gracias a una técnica de iluminación cuántica,
sugerida por investigadores de la Universidad Libre de
Berlín, el Instituto Niels Bohr de Dinamarca y la Universidad Técnica de Munich, se han puesto a prueba procesos
disipativos de estados cuánticos más robustos.
• G. Heinze et al., Phys. Rev. Lett. 111, 033601 (2013).
• D. Hanson et al., Phys. Rev. Lett. 111, 141301 (2013).
• I. Mahboob et al., Phys. Rev. Lett. 110, 127202 (2013).
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• M. J. Kastoryano et al., Phys. Rev. Lett. 110, 110501
(2013).
• Nature: doi:10.1038/nature.2013.12825.
• www.nasa.gov
• www.cds.cern.ch
Beatriz Martínez
Departamento de Física Matemática y de Fluidos
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